JPH0738285B2 - レフレクタ― - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、照明器具等に有用なレフレクターに関するも
のである。

（従来の技術） 空間照明，物体照明，光伝導体への照射等を行なう各種
照明器具のレフレクターには、該レフレクターをその光
軸を含む平面で切断したときの断面形状として円錐曲
線、即ち楕円，放物線，双曲線，円或いは直線が使用さ
れている。

上記の円錐曲線を使用したレフレクターは以下のような
パラメータと反射特性を有している。

（ａ）楕円 楕円は２つのパラメータ、即ち長半軸ａと短半軸ｂによ
り定められる。１次焦点から放射された光は、レフレク
ターで反射して２次焦点に集光し、その後は比較的大き
な角度で拡散する。

（ｂ）放物線 放物線は通常ｐと称する１つのパラメータで定められ
る。焦点から放射された光は、レフレクターで反射して
光軸と並行に進む。

（ｃ）双曲線 双曲線は２つのパラメータ、即ち実半軸ａと虚半軸ｂに
より定められる。焦点から放射された光は、レフレクタ
ーで反射して光軸から遠ざかるように進む。

（ｄ）円 円は１つのパラメータ、即ち半径ｒで定められる。円の
中心から放射された光は、レフレクターで反射して再び
中心に戻る。

（ｅ）直線 直線は１つのパラメータ、即ち傾斜定数ｍで定められ
る。この反射特性は周知である。

上述した夫々の反射特性はパラメータの大きさや比率を
変えても変化しない。

（発明が解決しようとする課題） 通常、レフレクターの設計者には、設計条件としてレフ
レクターの寸法、例えば口径と全長と、目標として一定
距離での配光分布が与えられる。

しかし、例えば楕円を使用したレフレクターの設計で上
記の寸法が与えられると、設計者には形状を選択する自
由が僅かしか残らない。パラメータが１つしかない円錐
曲線を使用する場合は、上記の寸法が与えられるとその
形状は目標とする配光分布とは無関係に自動的に決定さ
れることになるし、またパラメータが２つの円錐曲線を
使用する場合は、他に焦点距離を変化できる点が設計上
残されるが、この焦点距離も主に使用される光源の光中
心距離との関係で決定されることになる。また、仮に寸
法と焦点が決定されるとレフレクターの形状はほぼ決定
されてしまう。

このように決定されたレフレクターの形状で希望の配光
分布が得られることは極めて少ない。なぜなら、希望の
配光分布が多岐に亘っているのに対し、期待できる反射
特性は上述のように限られているからである。また、放
物線を使用したレフレクターでは小さな光のパターンを
形成することができるが、このパターンの大きさをレフ
レクターの寸法を変えることなく変更することはできな
い。

ところで、比較的大きな空間や物体を照明する場合に、
楕円を使用したレフレクターがよく用いられる。しか
し、このレクレクターで照射されるパターン内の照度分
布は非常に不均一であり、即ち中心部が明るく、外側に
向うに従って明るさは急激に低下する。これは、第４図
に示した配光分布図からも明らかであり、配光曲線J1で
示される光度は０度を最大にして外側に向って急激に低
下している。

これを防止する方法として、例えばレフレクターの反射
表面をサンドブラストやハンマーブラスト等で荒くする
方法があるが、この方法には多くの欠点がある。即ち、
この方法では反射表面で発生する散乱光の広さを事前に
決めることが殆ど不可能であり、また発生した散乱光が
照射パターンの外側にまでも照射され、パターンの境界
を不明瞭にしてしまう。しかも、散乱光によってパター
ン内全体の照度が低下するため、一定の明るさを得るた
めにはより多くのエネルギーが必要になるし、このよう
な犠牲にも拘らず得られる照射パターン内の照度分布は
あまり均一でない。

また、米国特許第3390262号や西独特許公開第3507143号
で知られるように、異なった２つ以上の曲線や直線を継
ぎ合わせて使用することが行なわれているが、継ぎ合わ
せた部分が滑らかでないため、製造時に金型通りに正確
な形状を得ることが困難であり、結果として散乱光の増
加を招来すると共に、継ぎ合わせた各線の反射特性が異
なることから照射パターン内の照度分布が不均一にな
る。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、希望の配光分布を高い効率で得ること
ができるレフレクターを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、請求項（１）の発明は、照明
器具等に用いられるレフレクターであって、レフレクタ
ーの断面曲線は、その光軸と交差する２つの円錐曲線の
間或いは内外何れかを通る非円錐曲線であり、光軸上の
定点を通る直線と上記断面曲線の交点と、該直線と一方
の円錐曲線の交点との間の距離が、該直線と２つの円錐
曲線の交点間距離に距離係数を乗じた値に相当する、こ
とを特徴としている。

請求項（２）の発明は、照明器具等に用いられるレフレ
クターであって、レフレクターの断面曲線は、その光軸
と交差する２つの円錐曲線の間或いは内外何れかを通る
非円錐曲線であり、光軸と直交する直線と上記断面曲線
の交点と、該直線と一方の円錐曲線の交点との間の距離
が、直線と２つの円錐曲線の交点間距離に距離係数を乗
じた値に相当する、ことを特徴としている。

請求項（３）の発明は、請求項（１）記載のレフレクタ
ーにおいて、２つの円錐曲線が同一種類で、距離係数が
光軸と直線のなす角度に応じて変化する、ことを特徴と
している。

請求項（４）の発明は、請求項（２）記載のレフレクタ
ーにおいて、２つの円錐曲線が同一種類で、距離係数が
光軸に対する直線位置に応じて変化する、ことを特徴と
している。

請求項（５）の発明は、請求項（１）または（２）記載
のレフレクターにおいて、２つの円錐曲線が異なる種類
で、距離係数が一定である、ことを特徴としている。

（作用） 請求項（１）乃至（５）の発明では、レフレクターの設
計時にその配光や寸法や光源の形状等が条件として課せ
られた場合でも、距離係数の他に、２つの円錐曲線の種
類，パラメータ，両焦点の位置，両頂点間距離，光軸上
の定点等を適宜変化させることにより、上記条件をクリ
アし、且つ希望の配光特性を持つ反射曲線を２次元に選
び出すことができる。また、基本となる２つの円錐曲線
には円錐曲線の全て、即ち楕円，放物線，双曲線，円或
いは直線を適宜使用することが可能で、種類が同じ円錐
曲線或いは種類が異なる円錐曲線を用いることで色々な
反射曲線を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示すレフレクターの断面
図であり、少なくとも１つのパラメータが異なる２つの
楕円を利用してレフレクターの断面形状（断面曲線）を
得たものである。

図において、Ｒはレフレクターの断面曲線、１はレフレ
クターの光軸、E1は外側の楕円、E2は内側の楕円であ
る。

２つの楕円E1,E2の光軸は上記光軸１と一致し、また両
焦点F1,F2も該光軸１上で一致している。また、後述す
る角度αを決めるための定点Ｏも同様に焦点F1,F2と一
致している。

A,B,Cは定点Ｏから各楕円E1,E2と交差するように延びた
直線２と楕円E1,断面曲線Ｒ及び楕円E2夫々との交点で
あり、αは該直線２と光軸１のなす角度である。図中の
２′は直線２が角度α′まできた時の状態で、Ａ′,
B′,C′はそのときの交点である。

上記の点Ａと点Ｃの距離をＬ、点Ｂと点Ｃの距離をｌと
すると、距離係数ｋは次のように定義される。

ｋ＝l/L …（Ｉ） 本第１実施例における距離係数ｋは角度αが大きくなる
に従って増加する。第１図から分るように、断面曲線Ｒ
はその頂点SR付近で外側の楕円E1の頂点S1よりも内側の
楕円E2の頂点S2の近くに寄っており、またその縁部Ra付
近で内側の楕円E2よりも外側の楕円E1の近くに寄ってい
る。換言すれば、本第１実施例のように同一種類の円錐
曲線（楕円）を利用して断面曲線Ｒを得る場合には、距
離係数ｋを一定にすると得られる断面曲線Ｒが円錐曲線
になることから、該距離係数ｋは光軸１と直線２のなす
角度αに応じて変化させる必要がある。

この距離係数ｋは、例えば次のような方程式で与えられ
る。

ｋ＝mx（α／αmax）ｙ＋ｎ …（II） ｋ＝mxlog（α／αmax）＋ｎ …（III） ｋ＝mxe（α／αmax）＋ｎ …（IV） 上記方程式でのαmaxは直線２の最大角度を示すもの
で、断面曲線Ｒの縁部Raをかすめる直線２と光軸１とが
なす角度（第１図のα′にほほ等しい）である。

また、上記方程式でのm,n,yは定数で、ｙは実数で普通
は１である。これらの定数は通常距離係数ｋがＯからα
maxまでの角度の間で、０と１の間の値をとるように決
める。例えば（II）式において、 ｋ＝0.8x（α／αmax）＋0.1 となる。

角度αが決まると（II）〜（IV）式でｋが決まるので、
直線２上の点Ｂと点Ｃの距離ｌは（Ｉ）式で算出され
る。つまり、角度αをなるべく小さく変化させて該角度
毎に距離ｌを算出し、多数の座標点を求めてこれらを結
べば、第１図に示すようなスムーズな断面曲線Ｒを描く
ことができる。好ましくは、断面曲線Ｒを微分できるよ
うな滑らかな曲線とする。

上記の距離係数ｋは、ｋ＝１のとき断面曲線Ｒと外側の
楕円E1が一致し、ｋ＝０のとき断面曲線Ｒと内側の楕円
E2が一致する。従って、断面曲線Ｒを両楕円E1,E2の間
を通るようにするためには距離係数ｋを０＜ｋ＜１の範
囲内で変化させればよい。また、断面曲線Ｒを楕円E1の
外側に描く場合にはｋ＜１にすればよく、逆に断面曲線
Ｒを楕円E2の内側に描く場合にはｋ＜０にするとよい。

この断面曲線Ｒを使用して照明器具用のレフレクターを
形成する場合には、断面曲線Ｒを光軸を中心として回転
させて椀形のものを得るか、または断面曲線Ｒを図面の
手前から奥の方向に平行移動させて溝形のものを得れば
よい。

このように本第１実施例では、各楕円E1,E2のパラメー
タと両頂点S1,S2間の距離と距離係数ｋ等を変化し調整
することによって希望の配光特性を持つ反射曲線（断面
曲線Ｒ）を２次元に選び出して、照射パターンの照度分
布が均一で、しかも該パターンの境界が鮮明な光を高効
率で得ることができる。

また、このレフレクターでは、ガラス繊維等の光伝達媒
体へ入射する光線の入射角を、同一寸法と焦点距離を有
する楕円を使用したレフレクターに比べて小さくでき、
これにより光伝達媒体への光線伝達量の向上が可能にな
る。

本第１実施例における各楕円E1,E2は、パラメータが異
なる２つの放物線で代用してもよく、この場合の断面曲
線は第１実施例とは逆に頂点に近くで外側の放物線に接
近し、また縁部に近付くに従って内側の放物線に接近す
る。この断面曲線を使用したレフレクターは、比較的遠
い一定の距離で効率良く光を集光させる場合に好適であ
り、即ち反射された光線が光軸と平行に反射されずに僅
かに内側に向って放射されるので、比較的遠距離でレン
ズ等を使用せずに集光でき、この時の照射パターンの直
径をレフレクターの開口部直径よりも小さくできる。

第２図は本発明の第２実施例を示すレフレクターの断面
図であり、異なる種類の２つの円錐曲線、即ち１つの楕
円と１つの放物線の組合わせを利用してレフレクターの
断面形状（断面曲線）を得たものである。

図において、Ｒはレフレクターの断面曲線、１はレフレ
クターの光軸、Ｅは楕円、Ｐは放物線である。

楕円Ｅ及び放物線Ｐの光軸は上記光軸１と一致し、両焦
点F1,F2も該光軸１上で一致している。また、角度αを
決めるための定点Ｏも同様に焦点F1,F2と一致してい
る。

A,B,Cは定点Ｏから延びる直線２と放物線P,断面曲線Ｒ
及び楕円Ｅ夫々との交点あり、αは該直線２と光軸１の
なす角度である。図中の２′は直線２が角度α′までき
た時の状態で、Ａ′,B′,C′はその時の交点である。

上記の点Ａと点Ｃの距離をＬ、点Ｂと点Ｃの距離をｌと
すると、距離係数ｋは先に述べた（Ｉ）式のように定義
される。

本第２実施例における距離係数ｋは角度αに拘らず一定
である。従って、第１実施例と同様に、角度αをなるべ
く小さく変化させて該角度毎に距離ｌを算出し、多数の
座標点を求めてこれらを結べば、第２図に示すようなス
ムーズな断面曲線Ｒを描くことができる。好ましくは、
断面曲線Ｒを微分できるような滑らかな曲線とする。

上記の距離係数ｋは、ｋ＝１のとき断面曲線Ｒと放物線
Ｐが一致し、ｋ＝０のとき断面曲線Ｒと楕円Ｅが一致す
る。従って、断面曲線Ｒを両曲線E,Pの間を通るように
するためには距離係数ｋを０＜ｋ＜１の範囲内で適宜設
定すればよい。また、断面曲線Ｒを放物線Ｐの外側に描
く場合にはｋ＜１にすればよく、逆に断面曲線Ｒを楕円
Ｅの内側に描く場合にはｋ＜０にするとよい。距離係数
ｋの値は希望する配光分布により決められるもので、ｋ
がかなり１に近いとその配光特性は放物線を使用したレ
フレクターと似てくる。

この断面曲線Ｒを使用して照明器具用のレフレクターを
形成する場合には、第１実施例と同様に、断面曲線Ｒを
光軸を中心として回転させて椀形のものを得るか、また
は断面曲線Ｒを図面の手前から奥の方向に平行移動させ
て溝形のものを得ればよい。

このように本第２実施例でも、第１実施例と同様に、楕
円Ｅのパラメータと放物線Ｐのパラメータと両頂点SE,S
P間の距離と距離係数ｋ等を変化し調整することによっ
て希望の配光特性を持つ反射曲線（断面曲線Ｒ）を２次
元に選び出すことができる。

このレフレクターでキャップ等を用いずに只１つの均一
な照射パターンを得るには、第２図に示すように断面曲
線Ｒの縁部Raに入射する光線Ｓと光軸１とがなす角度β
と、そこで反射される光線Ｓ′と光軸１とがなす角度
β′を等しくなるように決めればよい。定点Ｏにおいた
光源からの直射光とレフレクターからの反射光が同じ大
きさの照射パターンを形成することになる。

第３図は、第２実施例の断面曲線Ｒを使用したレフレク
ターの配光分布図であり、詳しくはｐ＝39.0の放物線
と、ａ＝90.2,b＝56.0の楕円を利用し、距離係数ｋ＝0.
22として断面曲線Ｒを設計した場合のものである。その
配光曲線J2から理解されるように、該レフレクターは一
定の角度内ではほぼ均一の光度を有しており、楕円を使
用した従来のレフレクター（第４図参照）とは全く異な
る配光分布を有している。

本第２実施例では角度αの変化に関係なく距離係数ｋを
一定にしたが、第１実施例と同様に角度αの変化に対し
て距離係数ｋを変化させて断面曲線Ｒを得るようにして
もよく、また楕円を放物線の外側に置いてもよい。

尚、第1,2実施例では何れも各円錐曲線E1,E2,E,Pの光軸
をレフレクターの光軸１と一致させたものを示したが、
これら光軸は必ずしも一致させる必要はなく、また一方
の曲線を傾けるようにしてもよい。また、各円錐曲線E
1,E2,E,Pの焦点F1,F2,SE,SPも必ずしも一致させる必要
はなく、また両頂点間の距離を変えることもでき、極端
な場合両頂点は一致していてもよい。

また、断面曲線Ｒの設計に極座標を用いたが、他の座標
系、例えば頂点SRを０とした直座標を用い、光軸１（ｘ
軸）と直交する直線の位置に応じて距離係数ｋを変化さ
せて座標点を得るようにしてもよい。

更に、レフレクターを溝形に形成する場合には光軸を中
心として上下を対称にする必要はなく、ウォールウォッ
シャー用等の非対称形のレフレクターの設計では、光軸
の上側と下側で利用する円錐曲線の種類及びパラメータ
を変えてもよい。

更にまた、本発明のレフレクターの反射表面にファセッ
ト（多面体の面）を設けるようにしてもよく、これによ
り光源のフィラメントコイルが大きいときに生じる照射
パターン内の照度むらを排除することができる。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、距離係数の他に
２つの円錐曲線の種類，パラメータ，両焦点の位置，両
頂点間距離，光軸上の定点等を適宜変化させることによ
り、反射特性の異なる色々な曲線を得ることができるの
で、レフレクターの設計時にその配光や寸法や光源の形
状等が条件として課せられた場合でも、これら条件をク
リアし、且つ希望の配光特性を持つ反射曲線を２次元に
選び出して、照射パターンの照度分布が均一で、しかも
該パターンの境界が鮮明な光を高効率で得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すレフレクターの断面
図、第２図は本発明の第２実施例を示すレフレクターの
断面図、第３図は第２実施例のレフレクターの配光分布
図、第４図は楕円を使用した従来のレフレクターの配光
分布図である。 図中、１……光軸、2,2′……直線、Ｒ……レフレクタ
ーの断面曲線、E1,E2,E……楕円、Ｐ……放物線。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】照明器具等に用いられるレフレクターであ
   って、 レフレクターの断面曲線は、その光軸と交差する２つの
   円錐曲線の間或いは内外何れかを通る非円錐曲線であ
   り、 光軸上の定点を通る直線と上記断面曲線の交点と、該直
   線と一方の円錐曲線の交点との間の距離が、該直線と２
   つの円錐曲線の交点間距離に距離係数を乗じた値に相当
   する、 ことを特徴とするレフレクター。
2. 【請求項２】照明器具等に用いられるレフレクターであ
   って、 レフレクターの断面曲線は、その光軸と交差する２つの
   円錐曲線の間或いは内外何れかを通る非円錐曲線であ
   り、 光軸と直交する直線と上記断面曲線の交点と、該直線と
   一方の円錐曲線の交点との間の距離が、直線と２つの円
   錐曲線の交点間距離に距離係数を乗じた値に相当する、 ことを特徴とするレフレクター。
3. 【請求項３】２つの円錐曲線が同一種類で、距離係数が
   光軸と直線のなす角度に応じて変化する、 ことを特徴とする請求項（１）記載のレフレクター。
4. 【請求項４】２つの円錐曲線が同一種類で、距離係数が
   光軸に対する直線位置に応じて変化する、 ことを特徴とする請求項（２）記載のレフレクター。
5. 【請求項５】２つの円錐曲線が異なる種類で、距離係数
   が一定である、 ことを特徴とする請求項（１）または（２）記載のレフ
   レクター。